数字霍尔效应传感器：单极、全极、双极与锁存开关详解
理解霍尔效应开关与锁存：极性、滞回与实际应用
霍尔效应器件是精密磁场比较器。它们将磁通密度——通常称B场——与预设阈值比较，输出二进制结果。数字（开/关）霍尔传感器四大主要类别为单极开关、双极开关、全极开关、锁存器。
深入各类型传递函数前，必须澄清B场极性概念——贯穿讨论的核心主题。
定义B场极性
霍尔传感器本质具有方向性；仅感测与其灵敏度轴对齐的磁通密度分量。图1展示两种常见封装灵敏度轴。
图1. 由Texas Instruments提供。
若施加磁场在灵敏度轴产生分量，B场视为正；相反方向分量为负。图2演示位置A传感器经历负B场场景。
图2.
假设传感器灵敏度轴对齐z轴，磁铁磁力线从北极发出终止于南极，在传感器处产生负B场。多数厂商采用约定：南极朝向传感器品牌面（正面）产生正B场，北极产生负B场。此约定仅当磁极朝向品牌面有效；反向安装则失效。
大多数霍尔器件为一维，沿单轴感测，但多元件IC可提供三轴灵敏度。
单极开关
图3描绘单极开关工作。
图3.
其阈值——BOP（动作点）与BRP（释放点）——仅位于正B场区域。传感器仅响应南极（正）场；北极（负）场无影响，故称“单极”。
施加北极场且场强向正方向增加时，传感器保持关断（逻辑高）直至施加B超过BOP，瞬间输出翻转为逻辑低。随后场强减弱，传感器保持导通直到B降至BRP以下，恢复逻辑高。这种非对称阈值引入滞回，防止机械振动或电磁噪声引起输出快速波动，如图4所示。
图4. 无滞回时阈值附近输出可能不确定。
滞回宽度定义为BHYS = BOP – BRP。依内部电路，输出逻辑状态可能反相，但开关行为相同。
全极开关
全极开关在磁场幅值超阈值时动作，与极性无关。图5展示传递函数。
图5.
当|B| > BOP，传感器导通（逻辑低）。当|B| < BRP，关断（逻辑高）。同一幅值BOP、BRP适用于正负场，提供对称操作。
霍尔效应锁存器
图6展示锁存器行为。
图6.
锁存器具有正BOP与负BRP。B > BOP导通，B < BRP关断。两阈值之间——即BRP至BOP滞回区——输出保持不变，即使场穿过零点。因此锁存器“保持”状态，直到施加足够大小的相反极性场。
因锁存器同时感测B场幅值与极性，适合环形磁铁极性交替的旋转应用，如图7所示。
图7. 由Allegro提供。
对锁存器，动作点与释放点幅值相等、符号相反（BOP = –BRP）。
双极开关
双极开关提供最大BOP与最小BRP，但具体阈值因器件而异。图8展示同一生产批次三个样本响应。
图8. 由Honeywell提供。
器件1与器件3阈值极性相同（均负或均正），器件2呈锁存型响应（正BOP、负BRP）。据Allegro《双极开关霍尔效应IC基础》应用笔记，仅约10%双极开关类似器件1或3；大多数表现锁存行为。
双极开关可提供比锁存更窄滞回带（BHYS = BOP – BRP）与更高灵敏度，但器件间变异要求谨慎设计以确保在指定阈值范围内稳健工作。
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